初級(jí)音響師速成實(shí)用教程-第一章(共17頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 聲學(xué)基本知識(shí)第一節(jié) 聲音的基本性質(zhì)一、聲音的產(chǎn)生與傳播聲音是客觀物體振動(dòng)，通過(guò)介質(zhì)傳播，作用人耳產(chǎn)生的主觀感覺(jué)。語(yǔ)言、歌唱、音樂(lè)和音響效果以及自然界的各種聲音，都是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的。例如我們講話時(shí)，如果將手放在喉部，就會(huì)感到咽喉部在振動(dòng)。人的發(fā)聲器官（聲帶），樂(lè)器的弦、擊打面、薄膜等，當(dāng)它們振動(dòng)時(shí)，都會(huì)使周?chē)目諝赓|(zhì)點(diǎn)隨著振動(dòng)而造成疏密變化，形成疏密波，即聲波。物體振動(dòng)產(chǎn)生的聲音，必須通過(guò)空氣或其他媒質(zhì)傳播，才能使我們聽(tīng)到。沒(méi)有空氣或其他媒質(zhì)，我們就聽(tīng)不到聲音。月球上沒(méi)有空氣，所以月球是“無(wú)聲的世界”。那么，空氣又是怎樣傳播聲音的呢？我們還以敲鼓為例來(lái)說(shuō)明。我

2、們敲鼓的時(shí)候，鼓膜產(chǎn)生振動(dòng)，使鼓膜平面發(fā)生凸凹變化。如圖1-1（a）所示，當(dāng)鼓膜凸起時(shí)，鼓膜上面A處的空氣受到鼓膜的壓擠而密度變大，形成密部。這部分密度大的空氣又會(huì)壓擠鄰近B處的空氣，使B處的空氣有變成密部的趨勢(shì)。但鼓膜很快又凹下去，如圖1-1（b）所示，它的表面形成一個(gè)空隙，A處空氣密度變小，形成疏部。這時(shí)，B處的空氣正在受到壓擠變成密部，并且有使C處空氣變成密部的趨勢(shì)。當(dāng)鼓膜再一次凸起時(shí)，如圖1-1（c）所示，A處空氣又受到鼓膜壓擠重新變成密部，B處空氣在壓擠C處空氣的過(guò)程中，自己密度變小成為疏部，C處空氣變成了密部。這樣，鼓膜來(lái)回地振動(dòng)，使密部和疏部很快由一個(gè)氣層傳到另一個(gè)氣層，振動(dòng)的空

3、氣向四面八方傳開(kāi)就形成了聲波。實(shí)際上，空氣質(zhì)點(diǎn)只是在原地附近振動(dòng)，并沒(méi)有隨著聲音傳播到遠(yuǎn)處去，這就像我們向平靜的水面扔石子時(shí)，會(huì)在水面激起了一圈圈向外擴(kuò)展的水波一樣，水面上漂浮的落葉只是在原地上下振動(dòng)而不隨著水波向遠(yuǎn)處移動(dòng)。不過(guò)，水波和聲波是不同性質(zhì)的兩種波。水波傳播時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向是上下的，和水波傳播的方向互相垂直，這種波稱(chēng)為橫波（嚴(yán)格地講，水波不完全是橫波）；聲波傳播時(shí)，空氣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和聲波傳播的方向在一條直線上，這種波稱(chēng)為縱波。聲波傳播到人耳后，人耳是怎樣聽(tīng)到聲音的呢？我們知道，人耳是由外耳、中耳、內(nèi)耳組成的，如圖1-2所示。外耳和中耳之間有一層薄膜，叫做耳膜（鼓膜）。平常我們看

4、到的耳朵就是外耳，它起著收集聲波的作用。聲波由外耳進(jìn)來(lái)，使鼓膜產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)。這一振動(dòng)再由中耳里的一組聽(tīng)小骨（包括錘骨、砧骨、鐙骨）傳到內(nèi)耳，刺激聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)并傳給大腦，我們就聽(tīng)到了聲音。圖1-1 聲音的傳播媒質(zhì)傳播聲音的速度大小和媒質(zhì)的種類(lèi)以及環(huán)境的溫度有關(guān)。常溫下，聲音在空氣中傳播的速度約為340m/s；在鋼鐵中，聲音傳播的速度約為4000m/s，比在空氣中快10多倍。為了便于說(shuō)明聲音的特性，我們先看一下一個(gè)記錄聲音的簡(jiǎn)單裝置。如圖1-3所示，在一種稱(chēng)為音叉的發(fā)音物體的一個(gè)臂上粘上一個(gè)細(xì)金屬針，然后用小槌敲擊音叉，并使細(xì)金屬針緊靠一塊熏有炭黑的玻璃片。如果這時(shí)用勻速移動(dòng)玻璃片，金屬針就會(huì)在玻璃

5、片上劃出音叉的振動(dòng)痕跡，也就是音叉的振動(dòng)波形。  圖1-2 人耳的構(gòu)造 圖1-3 音叉的振動(dòng)波形人們根據(jù)聽(tīng)到的聲音的不同，歸納出了聲音的三個(gè)特性，就是音調(diào)、響度和音色，而且找出了它們和發(fā)聲物體振動(dòng)特性之間的關(guān)系。二、音調(diào)物體的振動(dòng)有快有慢，例如細(xì)而短的琴弦振動(dòng)比較快，粗而長(zhǎng)的琴弦振動(dòng)比較慢。在1秒內(nèi)物體振動(dòng)的次數(shù)，稱(chēng)為頻率，單位為赫（茲），以Hz表示。例如某種物體的振動(dòng)次數(shù)為100次每秒時(shí)，它的頻率就是100Hz。圖1-4 兩個(gè)不同頻率的波形聲音的音調(diào)高低與物體振動(dòng)頻率的高低有關(guān)。頻率高的聲音，叫做高音；頻率低的聲音，叫做低音，如圖1-4所示。在重放聲音時(shí)，若高音和低音分量適當(dāng)時(shí)，聽(tīng)

6、起來(lái)就會(huì)感到聲音清晰而柔和，感覺(jué)自然。如管弦樂(lè)中失去了低音，就會(huì)感到聲音尖銳刺耳；失去了高音，則感到聲音渾濁不清，有煩躁的感覺(jué)。因此，擴(kuò)音機(jī)的頻率范圍越寬越好。人耳所能聽(tīng)到的聲音頻率范圍大約在2020000Hz之間，這一范圍的頻率叫做聲頻或音頻。聲頻設(shè)備所能通過(guò)的頻率范圍，叫做頻帶。通常擴(kuò)音機(jī)都設(shè)有音調(diào)控制器，用來(lái)控制信號(hào)的頻率，改變重放聲音的音調(diào)。三、響度聲音的大小就是響度，它決定于物體振動(dòng)的幅度（即振幅）。如圖1-5所示，振幅大，聲音就響；振幅小，聲音就輕。在擴(kuò)音機(jī)上裝有音量控制器，可以改變聲音的響度大小。將音量控制器開(kāi)大，揚(yáng)聲器發(fā)出來(lái)的聲音就大，但聲音也不能調(diào)得過(guò)大，因?yàn)檫^(guò)大了就會(huì)增大失

7、真，同時(shí)揚(yáng)聲器也容易損壞。因此，必須根據(jù)聽(tīng)聲人的感覺(jué)和擴(kuò)音機(jī)輸出過(guò)載指示器的閃爍情況，來(lái)調(diào)節(jié)音量的大小。四、音色用各種不同的樂(lè)器演奏同一個(gè)樂(lè)音，雖然音調(diào)與響度都一樣，但聽(tīng)起來(lái)，它們各自的音色卻不一樣，這是由于物體振動(dòng)所形成的聲波波形不相同造成的。這種獨(dú)特的波形決定了某種樂(lè)器（或某人的聲音）的特色，叫做音色或音品。自然界中的聲音一般都是復(fù)合聲波，而不是單一正弦波的聲音。如圖1-6所示的復(fù)合聲波，是由它的基波、二次諧波、三次諧波（幾次諧波就是它的頻率為基波頻率的幾倍）等所構(gòu)成的。各種物體所發(fā)出的每個(gè)聲音都有它特定的諧波，所以聲音的合成波形也不同。即使兩個(gè)聲音的基波與諧波的頻率完全一樣，也會(huì)由于兩者

8、的基波與諧波之間的振幅比值不同，使合成后的聲波波形有所不同，聲音也不同。這樣就形成了各種聲音的獨(dú)特音色，產(chǎn)生了自然界各種各樣聲音的區(qū)別。 圖1-5 兩個(gè)振幅不同的波形 圖1-6 音色的形成第二節(jié) 聲音的參數(shù)與計(jì)量一、聲壓、聲壓級(jí)、聲功率和電平聲波引起空氣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，使大氣壓產(chǎn)生迅速的起伏。這種起伏，稱(chēng)為聲壓。所謂聲壓就是有聲波存在時(shí)，在單位面積上大氣壓的變化部分。聲壓（p）以Pa，即帕（斯卡）為單位（1Pa=1N/m2，即牛頓/平方米）。有時(shí)也用mbar，即微巴作單位，1Pa=10mbar。我們聽(tīng)到的最弱的聲音聲壓為2×105Pa，即0.00002Pa，最強(qiáng)的聲音的聲壓為20Pa。聲

9、功率（W）是指聲源在單位時(shí)間內(nèi)向外輻射出的總聲能，它表示聲源發(fā)聲能力的大小，以W（瓦）、mW（毫瓦）或mW（微瓦）為單位（1W=1 000mW=1 000 000mW）。聲強(qiáng)（I）是指在單位面積上通過(guò)多少瓦的聲能，單位是W/m2（瓦/平方米）。聲強(qiáng)和聲功率通常不易直接測(cè)量，往往要根據(jù)測(cè)出的聲壓通過(guò)換算來(lái)求得。聲強(qiáng)和聲壓都是表示聲音大小的量，但兩者是有區(qū)別的，聲強(qiáng)是能量關(guān)系，而聲壓是壓強(qiáng)關(guān)系。為了計(jì)算上的方便，同時(shí)也符合人耳聽(tīng)覺(jué)分辨能力的靈敏度要求，所以人們將最弱的聲音（2×105Pa）到最強(qiáng)的聲音（20Pa），按對(duì)數(shù)方式分成等級(jí)，以此作為衡量聲音大小的常

10、用單位，這就是聲壓級(jí)，其單位稱(chēng)為dB（分貝）。聲壓p的聲壓級(jí)為式中，p0=2×105Pa，為基準(zhǔn)聲壓。聲信號(hào)和電信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)弱，例如聲壓和電壓、聲功率和電功率的放大（增益）或減小（衰減）的量都可用dB為單位來(lái)表示。分貝的概念在錄音工程技術(shù)上是很重要的。在調(diào)音技術(shù)中，在調(diào)音臺(tái)和傳聲器的匹配、傳聲器的選擇應(yīng)用、聲源的處理等方面都常用到它。在計(jì)算給定電壓、電流或電功率等電學(xué)量和聲壓、聲強(qiáng)、聲功率等聲學(xué)量的分貝值時(shí)，通常都要指定該量的一個(gè)數(shù)值作為基準(zhǔn)值，再將給定量數(shù)值與基準(zhǔn)值相比，比值取常用對(duì)數(shù)后乘以10（電功率、聲功率、聲強(qiáng)時(shí)），或乘以20（聲壓、電壓、電流時(shí)），即得到相應(yīng)的分貝值，它們分

11、別稱(chēng)為電壓電平（Bu）、電流電平（Bi）、功率電平（BP）和聲壓級(jí)（Lp）、聲強(qiáng)級(jí)（LI）、聲功率級(jí)（LP），計(jì)算公式如下：。通常，電壓電平常簡(jiǎn)稱(chēng)為電平。電功率比或電壓比（電流比）與分貝值的換算關(guān)系可由表1-1查得。表1-1分貝值與功率比和電壓（或電流）比的關(guān)系分貝值功率比電壓比分貝值功率比電壓比分貝值功率比電壓比11.261.1297.942.821750.127.0821.581.261010.003.161863.107.9432.001.411112.593.551979.438.9142.521.591215.853.98201021053.161.781319.954.474010

12、410263.982.001425.125.016010610375.012.241531.635.628010810486.312.511639.816.311001010105計(jì)算兩個(gè)電學(xué)量或兩個(gè)聲學(xué)量的分貝值時(shí)，計(jì)算方法如表1-2所示。表1-2功率比、電壓比、電流比與分貝值的關(guān)系增大或減小以功率計(jì)算（或以聲功率或聲強(qiáng)計(jì)算）以電壓計(jì)算（或以聲壓計(jì)算）以電流計(jì)算現(xiàn)舉例如下：例1：電壓放大為100倍（即電壓比為1001），改用分貝表示，就等于20lg 100=20×2=40dB。例2：功率放大為1000倍（即功率比為10001），改用分貝表示，就等于10lg1000=10&

13、#215; 3=30dB。如果需要表示的量小于與其相比的量時(shí)（即比值小于1時(shí)），則分貝數(shù)前要加一個(gè)負(fù)號(hào)。例 3：電壓比為110（即衰減到原來(lái)的1/10），改用分貝表示，就等于。國(guó)際上統(tǒng)一規(guī)定了下列基準(zhǔn)值：基準(zhǔn)聲壓=2×105Pa，基準(zhǔn)聲強(qiáng)=1012W/m2，基準(zhǔn)電功率=1mW，基準(zhǔn)電壓=0.775V，基準(zhǔn)聲功率=1012W，基準(zhǔn)電流=1.29mA。二、聲頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍雖然空氣振動(dòng)所產(chǎn)生的聲音強(qiáng)度的最大值與最小值的差值（dB值），即動(dòng)態(tài)范圍是很大的，但由于受人耳的生理特性所限制，可聽(tīng)聲的動(dòng)態(tài)范圍并不大?？陕?tīng)聲波波長(zhǎng)范圍是17mm17m，波長(zhǎng)17m（即頻率為20Hz）的聲音是

14、人耳能聽(tīng)見(jiàn)的低頻聲?？陕?tīng)聲的聲壓范圍為2×10520Pa，對(duì)1kHz聲音通常以聽(tīng)覺(jué)下限2×105Pa為0dB，這時(shí)聽(tīng)覺(jué)上限可達(dá)120dB，即聽(tīng)覺(jué)上限為下限的106倍。然而，這些生理上對(duì)聲壓感受的上、下限，并不是廣播和電視專(zhuān)業(yè)中所選擇的上、下限。因120dB已達(dá)痛閾，故上限選在110dB以下；又由于噪聲的原因，下限也不能選在0dB，它與錄音的環(huán)境噪聲有關(guān)，錄音室的噪聲一般規(guī)定不超過(guò)30dB。同時(shí)，最小聲音信號(hào)應(yīng)高于噪聲電平10dB，這就是說(shuō)，在廣播或電視專(zhuān)業(yè)中，聲音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為110  (30 + 10) = 7

15、0dB，或者說(shuō)聲音信號(hào)的變化范圍大約為3 000倍。顯然，它比人耳106倍的正常聽(tīng)覺(jué)范圍要小得多，而實(shí)際聲源的動(dòng)態(tài)范圍，如語(yǔ)言為4050dB，音樂(lè)約90dB，音響效果約100dB或更大一些，特別是后兩者的動(dòng)態(tài)范圍都和聽(tīng)覺(jué)范圍相接近。這就出現(xiàn)了可用聲頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍與實(shí)際聲源的動(dòng)態(tài)范圍的巨大差別，這種差別使聲音的“層次”級(jí)數(shù)減少，降低了重放聲音的質(zhì)量。以往聲頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍只使用到70dB，比實(shí)際聲源的動(dòng)態(tài)范圍110dB低得多，這樣就限制了還原聲音的質(zhì)量。隨著聲頻技術(shù)的發(fā)展，目前激光唱機(jī)等數(shù)字設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍已超過(guò)90dB。三、不同聲源的頻率范圍頻率范圍和頻率響應(yīng)特性是錄、放音系統(tǒng)的重要

16、技術(shù)指標(biāo)之一，它直接關(guān)系到錄音和放音的質(zhì)量。從高保真錄、放技術(shù)發(fā)展情況來(lái)看，頻率范圍不斷地向高低兩端擴(kuò)展，目前有10個(gè)倍頻程之多，這樣就能夠完全滿足錄、放各種不同聲源頻率范圍的需要。人的聽(tīng)覺(jué)是人們對(duì)聲音的一種主觀反應(yīng)或主觀感覺(jué)。我們要學(xué)會(huì)通過(guò)聽(tīng)覺(jué)來(lái)判斷和評(píng)價(jià)錄、放音設(shè)備頻率響應(yīng)特性的優(yōu)劣；要學(xué)會(huì)根據(jù)不同聲源頻率范圍來(lái)選用最適合的傳聲器，以獲取理想的錄音和擴(kuò)聲效果。除此之外，我們還要掌握好調(diào)音臺(tái)所提供的各種技術(shù)補(bǔ)償手段，如高、中、低音調(diào)調(diào)節(jié)器，高、低通濾波器，多頻率補(bǔ)償器等。為此，我們必須對(duì)一般聲源頻率范圍有一個(gè)基本的了解。語(yǔ)言的頻率范圍比較窄，男聲頻率較低，平均基本頻率約為150Hz；女聲頻率

17、較高，平均基本頻率約為230Hz。對(duì)于歌唱家，男低音的基本頻率可低到60Hz左右，女高音的基本頻率可高達(dá)1000Hz左右。音樂(lè)的頻率范圍比語(yǔ)言要寬得多，大約為4016000Hz。各種樂(lè)器，由于構(gòu)造不同，演奏方法不同，它們之間的頻率范圍差別也很大。樂(lè)器的泛音（諧波）成分和結(jié)構(gòu)比語(yǔ)言要復(fù)雜得多，所以音樂(lè)的音色才能呈現(xiàn)得豐富多彩。下面是管弦樂(lè)隊(duì)的幾種常用樂(lè)器和男、女聲歌聲的基本頻率范圍： 第三節(jié) 聽(tīng)覺(jué)的主觀特征錄音和擴(kuò)聲的最終目的，是給人們的聽(tīng)覺(jué)以原來(lái)聲音再現(xiàn)的感受。這種感覺(jué)特性，是由人們聽(tīng)覺(jué)主觀特征所決定的，也是我們必須經(jīng)常研究的一個(gè)問(wèn)題。聲壓和響度在不同頻率上的相互關(guān)系是不同的。也就是說(shuō)，相同聲

18、壓但頻率不同的聲音，在聽(tīng)覺(jué)上的響度是不同的。另外，就是人的聽(tīng)覺(jué)對(duì)兩種不同頻率的“差額”的感受也特別靈敏?？茖W(xué)家已經(jīng)用實(shí)驗(yàn)的方法比較了人耳對(duì)各種頻率聲音實(shí)際感受到的響度，得到了一個(gè)用“方”（phon）表示的聲音響度級(jí)與頻率關(guān)系的曲線，稱(chēng)為等響曲線，如圖1-7所示。該曲線是用1 000Hz的純音作為參考頻率，并選定參考頻率的聲壓級(jí)，調(diào)節(jié)其他頻率的聲壓級(jí)，直到它們被認(rèn)為響度相等為止。這樣，就可制作成圖表，并以橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示聲壓級(jí)（dB），表中間的曲線代表相等的響度級(jí)（方）。從響度級(jí)來(lái)看，這個(gè)圖表有以下的性質(zhì)：（1）兩個(gè)聲音的響度級(jí)（方）相同，但聲壓級(jí)不一定相同，它們與頻率有關(guān)，

19、例如80Hz、70dB的聲音是50方，而1 000Hz、60dB的聲音卻是60方。二者相比，前者大10dB，而響度級(jí)卻小10方。相反，50Hz及500Hz的兩個(gè)聲音，如響度級(jí)都等于20方，而聲壓級(jí)則不相等，前者是64dB，后者是25dB。圖1-7 等響曲線（2）兩個(gè)聲音的響度級(jí)（方）及聲壓級(jí)（dB）只在1000Hz時(shí)才相等，例如8001000Hz這個(gè)范圍內(nèi)，方值的變化和分貝值的變化，是完全相等的。因此，在這個(gè)范圍內(nèi)，可以用分貝值代表方。（3）對(duì)響度級(jí)大于80方的強(qiáng)大聲音，響度級(jí)只決定于聲壓級(jí)（dB）而與頻率無(wú)關(guān)。在此情況下，可近似地認(rèn)為方值與分貝值相等。從圖1-7中可以看出，當(dāng)幾個(gè)不

20、同頻率的聲音聲壓級(jí)都是50dB時(shí)，人耳對(duì)50Hz的聲音是聽(tīng)不到的，響度級(jí)近于0方；100Hz的聲音，響度級(jí)為20方；300Hz的聲音為40方；1000Hz的聲音為50方（聲壓級(jí)等于50dB，二者相同）。對(duì)1000Hz的聲音來(lái)說(shuō)，聲壓級(jí)每變化10dB，響度級(jí)也改變了10方（在7001500Hz時(shí)，大體上都如此）。但在低頻時(shí)，如聲壓級(jí)小于90dB，方值比分貝值變化得快，這些聲音的等響度曲線較密，因而，聲壓級(jí)變化34dB時(shí)，響度級(jí)即變化10方。當(dāng)頻率為50Hz、聲壓級(jí)為68dB時(shí)，響度級(jí)為30方（相當(dāng)于耳語(yǔ)的響度）。當(dāng)聲壓級(jí)增加10dB而變?yōu)?8dB時(shí)，則響度級(jí)相應(yīng)地立即增加，從30方變?yōu)?0方（相

21、當(dāng)于普通說(shuō)話的響度）。聽(tīng)覺(jué)的這些固有特點(diǎn)，對(duì)錄音工作者來(lái)說(shuō)是極為重要的。因?yàn)橹灰鄬?duì)地稍許加強(qiáng)低音，音量就會(huì)大大加強(qiáng)；反之，相對(duì)地稍許減弱低音，音量就會(huì)大大減弱。響度級(jí)和聲壓級(jí)之間的數(shù)值差越大，人們對(duì)聲音強(qiáng)弱變化的感覺(jué)就越弱，頻率也越低。因此，低頻區(qū)域音量的大小又與頻率有關(guān)。但是響度級(jí)大于80方時(shí)，聲音的響度級(jí)只決定于它的聲壓級(jí)，而與頻率無(wú)關(guān)，因而這時(shí)可以近似地認(rèn)為，方值與分貝值相等。響度是聽(tīng)聲者對(duì)聲音產(chǎn)生的一種主觀作用，也就是聽(tīng)聲者對(duì)聲音強(qiáng)弱的主觀感受，主要是聲壓對(duì)耳膜產(chǎn)生的一種作用，當(dāng)然，還有其他的因素。所以，我們所聽(tīng)到的聲音的響度，不僅與它的音調(diào)或頻率有關(guān)，而且還與它的振幅或聲壓級(jí)有關(guān)。

22、第四節(jié) 立體聲簡(jiǎn)介一、立體聲的概念立體聲系統(tǒng)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上傳聲器、傳輸通路和揚(yáng)聲器（或耳機(jī)）組成的系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)安排，能使聽(tīng)者有聲源的空間分布的感覺(jué)。現(xiàn)在一般所說(shuō)的立體聲，實(shí)際上是對(duì)立體聲廣播、立體聲錄音和立體聲重放的簡(jiǎn)稱(chēng)。人有雙耳，因而人們能夠判斷聲源的方位和空間分布，也就是說(shuō)，人耳具有感受立體聲場(chǎng)的能力。這就是通常所說(shuō)的雙耳效應(yīng)。當(dāng)我們收聽(tīng)一組大型管弦樂(lè)隊(duì)演奏的轉(zhuǎn)播時(shí)，如果聲音轉(zhuǎn)播系統(tǒng)只由一只傳聲器拾音（或由幾只傳聲器拾音后混合在一起），經(jīng)一個(gè)放大通道后由一只揚(yáng)聲器或由一組揚(yáng)聲器重放出來(lái)，就是所謂的單聲道系統(tǒng)，如圖1-8（a）所示。由于這時(shí)重放的聲源近似一個(gè)點(diǎn)聲源，因而不能反映出實(shí)際聲

23、場(chǎng)中管弦樂(lè)隊(duì)各種樂(lè)器的方位和空間分布，與人們?cè)谘葑喱F(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)聲的效果有很大不同，也就是缺乏立體感。這是單聲道重放系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)。圖1-8 單聲道和雙聲道傳聲系統(tǒng)為了獲得有立體感的收聽(tīng)效果，人們最初曾試驗(yàn)將許多傳聲器排成一個(gè)平面垂直地布置在演奏現(xiàn)場(chǎng)舞臺(tái)前面，將各個(gè)傳聲器分別連接到各自的放大器，然后將各放大器的輸出分別與另一聽(tīng)聲房間中排列成一個(gè)平面的同樣數(shù)目的揚(yáng)聲器一一對(duì)應(yīng)地連接起來(lái)。這樣，在聽(tīng)聲房間中聽(tīng)聲時(shí)，可以獲得與在演奏現(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)聲時(shí)非常近似的效果，能夠分辨出各種樂(lè)器的方位和空間分布，也就是具有立體感。但隨后發(fā)現(xiàn)，布置在演奏現(xiàn)場(chǎng)上方與下方的傳聲器實(shí)際作用不大，只要保留一排與樂(lè)器高度相當(dāng)?shù)膫髀暺骱鸵慌?/p>

24、與人耳高度相當(dāng)?shù)膿P(yáng)聲器效果就已很好。當(dāng)然，組成一排的傳聲器數(shù)目與相應(yīng)的揚(yáng)聲器的數(shù)目越多，也就是聲道數(shù)越多，效果就越好。但是聲道數(shù)過(guò)多是不實(shí)際的。后來(lái)試驗(yàn)只用三個(gè)聲道，效果就已足夠好。這就是20世紀(jì)50年代寬銀幕立體聲電影所采取的方法。隨后，進(jìn)一步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用兩個(gè)聲道（雙聲道）也可以獲得很好的效果，也就是近30年來(lái)立體聲唱片、立體聲磁帶錄音和立體聲廣播所采取的方式。雙聲道立體聲傳聲系統(tǒng)如圖1-8（b）所示。它和單聲道系統(tǒng)相比，無(wú)論是在音質(zhì)的改善還是在臨場(chǎng)感的加強(qiáng)，以及如實(shí)地重現(xiàn)實(shí)際聲場(chǎng)中各個(gè)聲源的方位和空間分布方面都有極大的飛躍。但雙聲道立體聲系統(tǒng)只是在聽(tīng)聲人的前方重現(xiàn)出聲源的方位和空間分布，還

25、不是從四面八方建立起立體聲場(chǎng)，所以在一些國(guó)家，已經(jīng)從雙聲道立體聲向四聲道聲像立體聲和三維環(huán)繞聲發(fā)展。在本書(shū)中，我們只著重介紹雙聲道立體聲系統(tǒng)，有關(guān)環(huán)繞聲的內(nèi)容將在中級(jí)教程中介紹。下面我們先看一下人耳怎樣對(duì)聲源定位，然后再來(lái)看應(yīng)當(dāng)用什么方法來(lái)拾音和重放，可以使人們用雙耳聽(tīng)聲后可以獲得立體感，從而達(dá)到高保真立體聲重放的目的。二、人耳對(duì)聲源的定位由于人們有雙耳，所以除了對(duì)聲音有響度、音調(diào)和音色三種主觀感覺(jué)外，還有對(duì)聲源的定位能力，即空間印象感覺(jué)，也可稱(chēng)為對(duì)聲源的方位感或聲學(xué)透視特性。人耳之所以能辨別聲源的方向，主要是由于下面兩個(gè)物理因素：一是聲音到達(dá)兩耳的時(shí)間差；二是聲音到達(dá)兩耳的聲級(jí)差。除此之外，

26、人們的視覺(jué)以及經(jīng)驗(yàn)等心理因素也有助于對(duì)聲源分布狀態(tài)的辨別，但這方面在立體聲拾音過(guò)程是無(wú)法利用的。如果聲源在聽(tīng)聲者右前方較遠(yuǎn)處發(fā)聲，則到達(dá)聽(tīng)聲者兩耳的聲音，由于距離不同，以及人頭的掩蔽作用，就會(huì)產(chǎn)生時(shí)間差、相位差和聲級(jí)差。下面分別加以說(shuō)明。1聲音到達(dá)兩耳的時(shí)間差如圖1-9所示，假設(shè)人頭為球形，在通過(guò)人的兩耳與地面平行的平面內(nèi)，聲波的傳播方向與頭的正前方的夾角為。設(shè)球體的半徑為a，則聲波到達(dá)聽(tīng)聲人左耳（L點(diǎn)）要比到達(dá)右耳（R點(diǎn)）多走一段距離LA+AB。由此可計(jì)算出聲波到達(dá)兩耳的時(shí)間差Dt為（1-1）式中，c為聲音在空氣中的傳播速度。在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、15C時(shí)，c = 340m/s

27、。由式（1-1）可知，Dt與的正弦成正比。通常，兩耳之間的距離是因人而異的，一般取2a = 21cm，則當(dāng)q = 90時(shí)，Dt=6.2×104 s=0.62ms，為最大值。根據(jù)式（1-1）可以繪出Dt和之間的關(guān)系曲線，如圖1-10所示。 圖1-9 將人頭看作球體時(shí)，兩耳聽(tīng)聲的時(shí)間差 圖1-10 聲源方向與時(shí)間差的關(guān)系由式（1-1），我們可以得到純正弦聲波在左右兩耳產(chǎn)生的相位差D為（1-2）式中，為純正弦聲波的角頻率。由式（1-2）可知，當(dāng)比較小，即為波長(zhǎng)較長(zhǎng)的低頻聲時(shí)（例如，常溫空氣中，20Hz的聲波波長(zhǎng)為17m，200Hz的聲波波長(zhǎng)為1.7m

28、），由時(shí)間差產(chǎn)生的相位差有一定數(shù)值，人耳可以根據(jù)它來(lái)判斷出聲音的方位；當(dāng)比較大，即為波長(zhǎng)較短的高頻聲時(shí)（例如，常溫空氣中，10kHz的聲波波長(zhǎng)為3.4cm，20kHz的聲波波長(zhǎng)為1.7cm），由時(shí)間差產(chǎn)生的相位差甚至?xí)^(guò)360，這時(shí)人耳已無(wú)法判斷相位是超前還是滯后，不能根據(jù)它判斷聲音的方位。所以，相位差只對(duì)低頻聲音有用。通過(guò)對(duì)式（1-1）和式（1-2）的分析，我們可以得到如下結(jié)論：（1）聲音到達(dá)兩耳的時(shí)間差Dt與聲源的方位角有關(guān)，可以根據(jù)它來(lái)確定各聲源的方位。（2）聲波到達(dá)兩耳的相位差D不僅與聲源方位角有關(guān)，而且與聲源的頻率有關(guān)，可以根據(jù)它來(lái)確定低頻聲的方位。2聲音到達(dá)兩耳的聲級(jí)差圖1-11

29、 高頻聲形成的陰影區(qū)（上視圖）如圖1-11所示，由于人頭對(duì)聲波的衍射作用，即使聲波傳來(lái)的方向相同，由于頻率不同也會(huì)對(duì)兩耳造成不同的聲級(jí)差。對(duì)高頻聲（f >3kHz），聲波波長(zhǎng)小于或等于頭部尺寸，聲波被人頭遮蔽而不能衍射到左耳，所以到達(dá)左耳的聲音很小，形成陰影區(qū)。聲源偏離中軸線越多，或者頻率越高，兩耳間的聲級(jí)差越大。通過(guò)分析不同頻率時(shí)兩耳間的聲級(jí)差可得出下列結(jié)論：（1）對(duì)于從正前方附近（q為040）或正后方附近（q為160180）傳到聽(tīng)聲者處的聲音，兩耳間的聲級(jí)差隨聲源方位角q 的變化較大，即聲源變化一個(gè)角度時(shí)，聲源在兩耳間產(chǎn)生的聲級(jí)差變化較大，也就是曲線斜率變化較大，

30、所以人耳對(duì)正前方（或正后方）附近聲源方位變化的反應(yīng)比較靈敏，或者說(shuō)定位能力較強(qiáng)。（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)聲源頻率f =300Hz的聲源由正前方移動(dòng)到后方時(shí)，右耳的聲級(jí)變化小于2dB，左耳的聲級(jí)變化小于4dB，由聲源方位變化產(chǎn)生的兩耳的聲級(jí)差最大約為4dB；當(dāng)聲源頻率f =6400Hz時(shí)，這一差值可達(dá)25dB。所以，對(duì)300Hz以下的低頻聲，聲源在兩耳間所產(chǎn)生的聲級(jí)差隨聲源方位角q的變化很小，即雙耳對(duì)低頻聲的定位能力較差。但隨著聲源頻率的增高，兩耳間的聲級(jí)差逐漸增大，對(duì)聲音定位的能力也逐漸增強(qiáng)。三、雙揚(yáng)聲器聽(tīng)聲實(shí)驗(yàn)前面所討論的是一個(gè)聲源在不同方位時(shí)使人們產(chǎn)生的聽(tīng)覺(jué)印象，下面討論有一

31、定關(guān)系的兩個(gè)聲源使人們產(chǎn)生的聽(tīng)覺(jué)印象。將兩個(gè)聲源左右對(duì)稱(chēng)地布置在聽(tīng)聲者面前，并發(fā)出相同頻率信號(hào)，如圖1-12所示，揚(yáng)聲器YL和YR為兩個(gè)聲源，并設(shè)兩揚(yáng)聲器的距離等于聽(tīng)聲者與兩揚(yáng)聲器連線中心的距離。圖中q為揚(yáng)聲器對(duì)聽(tīng)聲者的半張角，約等于27。當(dāng)饋給兩揚(yáng)聲器相同頻率的信號(hào)，并且兩揚(yáng)聲器發(fā)出的聲級(jí)相等，即L=R時(shí)，如果兩揚(yáng)聲器所發(fā)聲音在聽(tīng)聲者處沒(méi)有時(shí)間差，聽(tīng)聲者將只感覺(jué)到在兩揚(yáng)聲器中間有一聲像，即虛聲源存在，而并不會(huì)感覺(jué)到是兩個(gè)揚(yáng)聲器在發(fā)聲。1兩揚(yáng)聲器只有聲級(jí)差而無(wú)時(shí)間差時(shí)對(duì)兩揚(yáng)聲器只有聲級(jí)差而無(wú)時(shí)間差的情況進(jìn)行研究后，可以歸納出下面的結(jié)論：如果使其中一個(gè)揚(yáng)聲器增大發(fā)聲的聲級(jí)，則聲像將由中間向較大聲

32、級(jí)的揚(yáng)聲器方向偏移，偏移量與兩揚(yáng)聲器的聲級(jí)差DI的關(guān)系如圖1-13所示。當(dāng)聲級(jí)差超過(guò)15dB時(shí)，聲像就會(huì)固定在聲級(jí)較大的揚(yáng)聲器一邊。   圖1-12 雙揚(yáng)聲器實(shí)驗(yàn)示意圖   圖1-13 兩揚(yáng)聲器聲級(jí)差與聲像方位角的關(guān)系2兩揚(yáng)聲器只有時(shí)間差而無(wú)聲級(jí)差時(shí)對(duì)兩揚(yáng)聲器只有時(shí)間差而無(wú)聲級(jí)差時(shí)的情況進(jìn)行研究后，可以歸納出下列兩點(diǎn)結(jié)論：（1）設(shè)法使在聽(tīng)聲者處兩揚(yáng)聲器傳來(lái)的聲音有時(shí)間差，但到達(dá)聽(tīng)聲者處的聲級(jí)仍相等。可以將圖1-12中的揚(yáng)聲器YR向后移到虛線所示位置，使YR傳來(lái)的聲音滯后于YL傳來(lái)的聲音，并且調(diào)整揚(yáng)聲器YR所發(fā)聲音的聲級(jí)，使到達(dá)聽(tīng)聲者處聲級(jí)與揚(yáng)聲器YL傳來(lái)的聲級(jí)相等。這時(shí)聽(tīng)聲

33、者會(huì)感到聲像位置向未延時(shí)的揚(yáng)聲器YL方向偏移，并且偏移量與兩揚(yáng)聲器到達(dá)聽(tīng)聲者處的時(shí)間差有關(guān)。當(dāng)時(shí)間差小于3ms時(shí)，聲像位于正前方與未延時(shí)揚(yáng)聲器之間；當(dāng)時(shí)間差大于3ms而小于30ms時(shí)，聲像就會(huì)固定在未延時(shí)的揚(yáng)聲器一邊，而感覺(jué)不到延時(shí)揚(yáng)聲器的發(fā)聲；當(dāng)時(shí)間差大于30ms而小于50ms時(shí)，聽(tīng)聲者會(huì)感到延時(shí)揚(yáng)聲器的存在，但仍會(huì)感到聲音來(lái)自未延時(shí)揚(yáng)聲器；當(dāng)時(shí)間差大于50ms時(shí)，聽(tīng)聲者會(huì)感到延時(shí)揚(yáng)聲器所發(fā)出的另一清晰的聲音，即產(chǎn)生回聲的效果。（2）當(dāng)時(shí)間差大于3ms而小于50ms時(shí)，聲像在未延時(shí)揚(yáng)聲器一邊，延時(shí)聲的作用只是加強(qiáng)了未延時(shí)聲音的強(qiáng)度，使聽(tīng)聲者感到聲音更加豐滿。3兩揚(yáng)聲器既有聲級(jí)差又有時(shí)間差時(shí)如

34、果兩揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音在聽(tīng)聲者處既有聲級(jí)差又有時(shí)間差時(shí)，那么，它們的綜合作用就將使聲像偏移增大或減小。適當(dāng)選取時(shí)間差和聲級(jí)差，可以使兩者的作用完全抵消，使聽(tīng)聲者感到聲像的位置仍在兩揚(yáng)聲器連線的中間。圖1-14所示為聲級(jí)差與時(shí)間差產(chǎn)生相同效果時(shí)，兩者之間的關(guān)系?？梢钥闯觯寒?dāng)DI在15dB以下時(shí)，Dt在3ms以下時(shí)，它們之間基本上成線性關(guān)系，即1ms時(shí)間差相當(dāng)于5dB聲級(jí)差。4雙聲道立體聲的正弦定理由上面的討論可知，通過(guò)控制左、右揚(yáng)聲器所發(fā)聲音的強(qiáng)度，就可使聽(tīng)聲者在聽(tīng)覺(jué)上產(chǎn)生方向感。如圖1-15所示的左、右揚(yáng)聲器YL和YR的特性完全相同，聽(tīng)聲者位于兩揚(yáng)聲器的中分線上，q為揚(yáng)聲器的半張角，qI為聲像方

35、位角。對(duì)YL和YR所發(fā)聲音的強(qiáng)度L、R與q和qI之間的關(guān)系進(jìn)行研究后，得出下面的近似公式（1-3）式中，f700Hz時(shí)，K=1；f 700Hz時(shí)，K=1.4。式（1-3）稱(chēng)為雙聲道立體聲正弦定理。 圖1-14 聲級(jí)差與時(shí)間差產(chǎn)生相同效果時(shí)兩者之間的關(guān)系   圖1-15 立體聲正弦定理說(shuō)明圖四、雙聲道立體聲的拾音在立體聲廣播或立體聲錄音時(shí)對(duì)立體聲節(jié)目信號(hào)的拾音方式，在雙聲道立體聲系統(tǒng)中可分為仿真頭方式、AB方式以及聲級(jí)差方式（又可分為XY方式和MS方式）三種。1仿真頭方式仿真頭是用塑料或木材仿照人頭形狀做成的假頭，直徑約18cm。在仿真頭的兩耳內(nèi)部也做成耳道，并在左右耳道末端

36、分別裝有一只無(wú)指向性電容傳聲器，將它們的輸出分別作為左、右聲道信號(hào)。由于仿真頭中左右傳聲器所拾得的信號(hào)與人耳左右鼓膜所得的聲音信號(hào)是很近似的，所以也存在聲級(jí)差、時(shí)間差和相位差等。當(dāng)將它的左右聲道信號(hào)分別經(jīng)放大器放大后，送到立體聲耳機(jī)的左右單元中使人聽(tīng)聲時(shí)，就相當(dāng)于聽(tīng)聲人處在仿真頭所在的位置聽(tīng)聲。仿真頭方式立體聲系統(tǒng)的臨場(chǎng)感、真實(shí)感是很好的。但是用耳機(jī)聽(tīng)立體聲時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)頭中效應(yīng)，也就是聽(tīng)聲人會(huì)感到聲像出現(xiàn)在頭中兩耳的連線上或在頭頂上。仿真頭方式立體聲是在20世紀(jì)70年代高保真立體聲耳機(jī)出現(xiàn)以后才得到了發(fā)展?，F(xiàn)在有些國(guó)家的立體聲廣播就采用這種方式。立體聲錄音磁帶和立體聲唱片也有采用這種方式的。2A

37、B方式這種拾音方式是將兩只彼此相距約1.52m（也可減小到幾十厘米，視聲源排列寬度而定），特性完全相同的心形指向性傳聲器置于聲源前方，分別拾音后作為左右聲道信號(hào)輸出。圖1-16 梳狀濾波器現(xiàn)象這種拾音方式，當(dāng)聲源不在兩傳聲器平分線上時(shí)，聲源到達(dá)兩傳聲器的路程是不同的。因此，每只傳聲器拾得的信號(hào)既有聲級(jí)差又有時(shí)間差（即相位差），而相位差是隨聲源的頻率改變的。所以，如果將左右信號(hào)合起來(lái)作單聲道重放時(shí)，就必然會(huì)產(chǎn)生相位干涉現(xiàn)象，使有的頻率左右信號(hào)相位相反而抵消，有的頻率左右信號(hào)相位相同而加強(qiáng)，使輸出信號(hào)強(qiáng)度隨頻率產(chǎn)生變化。例如，聲源距兩傳聲器的距離差為34cm，則聲源到達(dá)兩傳聲器的時(shí)間差為1ms。對(duì)

38、1000Hz聲音，因波長(zhǎng)剛好是34cm，所以到達(dá)兩傳聲器的聲波相位相同，兩者相加時(shí)，聲音增強(qiáng)；對(duì)500Hz聲音，因波長(zhǎng)為68cm，而34cm剛好是半個(gè)波長(zhǎng)，所以到達(dá)兩個(gè)傳聲器的聲波相位相反，兩者相加時(shí)，聲音抵消。從頻譜上看，會(huì)形成與“梳狀濾波器”相似的現(xiàn)象，如圖1-16所示，使聲音聽(tīng)起來(lái)不悅耳。3聲級(jí)差方式聲級(jí)差拾音方式是將兩個(gè)傳聲器一上一下靠緊地組成一對(duì)，而兩者的主軸形成一定角度，各方向聲源傳到兩個(gè)傳聲器的直達(dá)聲幾乎沒(méi)有距離差，因而只有聲級(jí)差而沒(méi)有時(shí)間差。所以，當(dāng)將用這種拾音方式拾得的信號(hào)合成為單聲道重放時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生相位干涉現(xiàn)象。根據(jù)使用的傳聲器類(lèi)型和所朝向的方向不同，可以將其分為XY和M

39、S兩種方式。（1）XY方式圖1-17 MS立體聲拾音方式XY方式立體聲拾音法所用的兩個(gè)傳聲器必須是相同類(lèi)型并且特性一致的傳聲器，例如兩個(gè)心形或兩個(gè)“8”字形傳聲器。兩傳聲器主軸夾角可以是90，也可以增到大120，視拾音范圍而定，兩主軸分別與正前方形成相等夾角。拾音時(shí)，指向性主軸朝向左邊的傳聲器，輸出的信號(hào)送入左聲道；指向性主軸朝向右邊的傳聲器輸出的信號(hào)則送入右聲道。（2）MS方式MS拾音方式，也是用一上一下相靠很近的兩個(gè)傳聲器，它的一個(gè)傳聲器（M）的指向主軸對(duì)著拾音范圍的中線，而與之正交的傳聲器（S）的指向性主軸則對(duì)著兩邊。因此，M傳聲器拾取的是中間的總的聲音信號(hào)，即左右的和信號(hào)，而S傳聲器則拾取旁邊方向的聲音信號(hào)，即左右的差信號(hào)。如圖1-17所示。通常M多采用心形、“8”字形或無(wú)指向性的傳聲器；而S則使用“8”字形指向性的傳聲器。由于M、S兩傳聲器的信號(hào)必須進(jìn)行和差轉(zhuǎn)換才能成為左、右聲道的信號(hào)，因此在MS立體聲中，必須使用變換電路，如圖